專利名稱：碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅爐、單晶爐等高溫爐部件，具體地說是一 種由碳/碳復(fù)合材料加工制造的發(fā)熱體及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
多晶硅爐和單晶爐是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)普遍應(yīng)用的主要設(shè)備，其最
高使用溫度高達(dá)160(TC以上，目前，往往采用電阻加熱方式，其發(fā) 熱體普遍采用三高石墨制作。由于石墨力學(xué)性能較差，制品強(qiáng)度低， 在外力作用下容易破碎，使用壽命較短。此外，石墨抗熱抗震性不好， 在反復(fù)高溫?zé)嵴饤l件下易產(chǎn)生微裂紋，微裂紋的存在影響著制品的電 學(xué)性能和熱學(xué)性能，改變了其導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，使加熱時(shí)石墨加熱器的 功率及爐內(nèi)熱場(chǎng)發(fā)生變化，影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，也導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn) 成本增加。另外，發(fā)熱體采用長(zhǎng)而窄的U型結(jié)構(gòu)時(shí)，若用石墨加工， 則需用機(jī)加工方法將整塊料的中間部分切除，耗材較多，加工難度也 較大。專利號(hào)為200610043185. X、授權(quán)公告號(hào)為CN100366581C、發(fā) 明名稱為單晶硅拉制爐及多晶硅冶煉爐用碳/碳加熱器的制備方法的 專利公開了一種碳/碳加熱器的制備方法，用以替代石墨加熱器。該 方法采用碳布準(zhǔn)三向結(jié)構(gòu)預(yù)制體，通過化學(xué)氣相沉積和糠酮樹脂浸漬 碳化以及熱等靜壓瀝青碳化相結(jié)合的致密工藝，反復(fù)致密處理數(shù)次， 制品密度^1. 83g/cm3時(shí)致密工藝結(jié)束，在通入氯氣和氟利昂的條件 下對(duì)制品進(jìn)行高溫純化處理，機(jī)械加工后即可制得單晶硅拉制爐用熱
場(chǎng)碳/碳加熱器。該方法采用的致密工藝，要反復(fù)致密處理數(shù)次，使
制品密度》1.83g/cm3時(shí)才能結(jié)束工藝，過程較為復(fù)雜，雜質(zhì)含量較 高，且要通入氯氣和氟利昂對(duì)制品進(jìn)行純化處理，對(duì)環(huán)保帶來一定的 壓力，在人們環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)的今天，這是人們所不希望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱 體及其生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的， 一種碳/碳復(fù)合 材料發(fā)熱體生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟
(1) 制坯將由碳纖維制成的網(wǎng)胎與碳布通過針刺使之復(fù)合，制成 所需要求的發(fā)熱體預(yù)制體；
(2) 增密將步驟(l)所得的發(fā)熱體預(yù)制體經(jīng)化學(xué)氣相滲透(沉積) 增密，制成所需要求的發(fā)熱體坯體；
(3) 純化將步驟(2)所得的發(fā)熱體坯體放入高溫爐中，在真空條件
下加熱去除其中雜質(zhì)；
(4) 機(jī)加工將步驟(3)所得發(fā)熱體坯體機(jī)加工成所需形狀和尺寸的
發(fā)熱體。
本發(fā)明為去除機(jī)加工過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，在步驟(4)后進(jìn)行凈化， 所述的凈化為將發(fā)熱體成品放入真空爐中，在真空條件下加熱至1600
。C 2800。C，保溫30分鐘 360分鐘。
本發(fā)明在步驟(l)中，所述網(wǎng)胎的面密度為20g/m2 200g/m2，碳 布的面密度為100 g/m2 400g/m2，制成的發(fā)熱體預(yù)制體，其表觀密 度為0. 3g/cm:i 0. 7g/cm:'。
本發(fā)明在步驟(2)中，發(fā)熱體坯體的表觀密度為1.2g/cm:i 1. 9g/cm'、。
本發(fā)明在步驟(3)中純化溫度為1600。C 280(TC，保溫時(shí)間為3h
10h。
一種由上述生產(chǎn)工藝加工所得的發(fā)熱體，它由碳纖維經(jīng)制坯一增 密一純化一機(jī)加工制成，其形狀為U形、棒狀、筒形或板狀。
一種由上述生產(chǎn)工藝加工所得的發(fā)熱體，它由碳纖維經(jīng)制坯一增 密一純化一機(jī)加工一凈化制成，其形狀為U形、棒狀、筒形或板狀。
本發(fā)明所述發(fā)熱體為筒形或板狀時(shí)，其上設(shè)有導(dǎo)流散熱槽并均布。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明較好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的，其工藝 簡(jiǎn)單，制坯時(shí)，采用由蓬松的針狀碳纖維組成的網(wǎng)胎，在針刺時(shí)較容 易獲得準(zhǔn)三維預(yù)制體，預(yù)制體內(nèi)部碳纖維縱橫交錯(cuò)，抱合力較強(qiáng)，不 會(huì)脫層，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)，預(yù)制體孔隙較小，也便于加快后續(xù)的增密 過程；采用化學(xué)氣相沉積增密制成的發(fā)熱體毛坯由碳纖維和碳素基質(zhì) 構(gòu)成，其中碳素基質(zhì)系由采用高溫?zé)峤夥绞将@得的熱解碳組成，純度 很高，只須在真空或保護(hù)氣氛F高溫純化即可獲得灰份〈180ppm的 碳/碳復(fù)合材料制品，節(jié)能環(huán)保。


圖1是發(fā)熱體為U形時(shí)的示意圖2是發(fā)熱體為棒狀時(shí)的示意圖3是發(fā)熱體為筒形時(shí)的示意圖4是發(fā)熱體為板狀時(shí)的示意圖。
具體實(shí)施方式
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下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1:
(l)制坯
① 開松成網(wǎng)將長(zhǎng)碳纖維短切成25mm 70mm長(zhǎng)的短碳纖維，經(jīng) 開松設(shè)備開松成蓬松的針狀纖維，然后把開松好的碳纖維經(jīng)氣流成網(wǎng) 和/或梳理成網(wǎng)，再利用鋪網(wǎng)機(jī)鋪成纖維網(wǎng)，預(yù)刺成網(wǎng)胎，所述網(wǎng)胎 的面密度為20g/m2 200g/m2 (本實(shí)施例為120g/m2);
② 纏繞針刺成型采用近凈成型的方法，將網(wǎng)胎纏繞于模具(本 實(shí)施例為U形體模具)上，在其上覆蓋一層碳布，碳布的面密度為 100 g/m2 400g/nf (本實(shí)施例為260g/m2)，然后再覆蓋一層網(wǎng)胎， 網(wǎng)胎與碳布交迭放置至要求厚度，并通過針刺使之復(fù)合，制成所需要 求的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體預(yù)制體，其表觀密度為0. 3g/cm:'-0. 7g/cm:'
(本實(shí)施例為0. 56g/cm:i)。 (2贈(zèng)密
將步驟(l)所得的發(fā)熱體預(yù)制體通過化學(xué)氣相滲透(沉積)增密(本 實(shí)施例采用沉積)，將其密度逐步增加并經(jīng)石墨化處理，使之表觀密 度達(dá)到1.2g/Cm:i 1.9g/W (本實(shí)施例為1.63g/cm:')，制成碳/碳復(fù)
合材料發(fā)熱體毛坯。 (3)純化
將步驟(2)所得的發(fā)熱體毛坯裝入真空爐中進(jìn)行純化處理，在真空 條件下加熱去除其中雜質(zhì)，純化溫度為1600°C 2800°C (本實(shí)施例 為2500。C)，保溫時(shí)間為3h 10h (本實(shí)施例為4. 6h)。
(4)機(jī)加工
將步驟(3)所得的發(fā)熱體毛坯經(jīng)機(jī)加工成發(fā)熱體成品(本實(shí)施例為 U形)。
為去除機(jī)加工過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，將步驟(4)所得的發(fā)熱體成品放 入真空爐中，在真空條件下加熱至160(TC 280(TC(本實(shí)施例為1860 。C)，保溫30分鐘一360分鐘(本實(shí)施例為90分鐘)。
實(shí)施例2:
在步驟(l)中，發(fā)熱體預(yù)制體加工成板狀，其表觀密度為 0.61g/cm3，增密后表觀密度為1.65g/cm:i，機(jī)加工時(shí)先切成條，再機(jī) 加工成棒，余同實(shí)施例l。
實(shí)施例3:
在步驟U)中，模具為筒形，加工成發(fā)熱體成品也為筒形，發(fā)熱體 預(yù)制體表觀密度為0. 5g/Cm:'，增密后表觀密度為1.59g/cm:'，筒形發(fā) 熱體上均布有由機(jī)加工形成的導(dǎo)流散熱槽1，余同實(shí)施例1。
在步驟(l)中，發(fā)熱體預(yù)制體加工成板狀，其表觀密度為 0.59g/cm:i，增密后表觀密度為1.5g/cm:'，機(jī)加工時(shí)，板狀發(fā)熱體上 加工出導(dǎo)流散熱槽l并均布，余同實(shí)施例l。
權(quán)利要求
1、一種碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體生產(chǎn)工藝，其特征是包括以下步驟(1)制坯將由碳纖維制成的網(wǎng)胎與碳布通過針刺使之復(fù)合，制成所需要求的發(fā)熱體預(yù)制體；(2)增密將步驟(1)所得的發(fā)熱體預(yù)制體經(jīng)化學(xué)氣相滲透(沉積)增密，制成所需要求的發(fā)熱體坯體；(3)純化將步驟(2)所得的發(fā)熱體坯體放入高溫爐中，在真空條件下加熱去除其中雜質(zhì)；(4)機(jī)加工將步驟(3)所得發(fā)熱體坯體機(jī)加工成所需形狀和尺寸的發(fā)熱體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體生產(chǎn)工藝，其 特征是在步驟(4)后進(jìn)行凈化。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體生產(chǎn)工藝，其 特征是所述的凈化為將發(fā)熱體成品放入真空爐中，在真空條件下加熱 至1600。C 280(TC，保溫30分鐘 360分鐘。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體生產(chǎn) 工藝，其特征是在步驟(l)中，所述網(wǎng)胎的面密度為20g/m2 20Qg/m2， 碳布的面密度為100 g/m2 400g/m2，制成的發(fā)熱體預(yù)制體，其表觀 密度為0. 3g/cm:' 0. 7g/cm:i。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體生產(chǎn) 工藝，其特征是在步驟(2)中，發(fā)熱體坯體的表觀密度為1. 2g/cm:i
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體生產(chǎn) 工藝，其特征是在步驟(3)中純化溫度為1600°C 2800°C，保溫時(shí)間 為3h 10h。
7、 一種由權(quán)利要求l所述生產(chǎn)工藝加工所得的發(fā)熱體，其特征 是它由碳纖維經(jīng)制坯一增密一純化一機(jī)加工制成，其形狀為U形、棒 狀、筒形或板狀。
8、 一種由權(quán)利要求2或3所述生產(chǎn)工藝加工所得的發(fā)熱體，其 特征是它由碳纖維經(jīng)制坯一增密一純化一機(jī)加工一凈化制成，其形狀 為U形、棒狀、筒形或板狀。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體，其特征 是發(fā)熱體為筒形或板狀時(shí)，其上設(shè)有導(dǎo)流散熱槽[l]。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體，其特征是導(dǎo) 流散熱槽[1]為均布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保的碳/碳復(fù)合材料發(fā)熱體及其生產(chǎn)工藝，其特征是它由碳纖維經(jīng)制坯—增密—純化—機(jī)加工—凈化制成，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，制坯時(shí)，采用由蓬松的針狀碳纖維組成的網(wǎng)胎，在針刺時(shí)較容易獲得準(zhǔn)三維預(yù)制體，預(yù)制體內(nèi)部碳纖維縱橫交錯(cuò)，抱合力較強(qiáng)，不會(huì)脫層，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)，預(yù)制體孔隙較小，也便于加快后續(xù)的增密過程；采用化學(xué)氣相沉積增密制成的發(fā)熱體毛坯由碳纖維和碳素基質(zhì)構(gòu)成，其中碳素基質(zhì)系由采用高溫?zé)峤夥绞将@得的熱解碳組成，純度很高，只須在真空或保護(hù)氣氛下高溫純化即可獲得灰份＜180ppm的碳/碳復(fù)合材料制品，節(jié)能環(huán)保。
文檔編號(hào)C04B35/83GK101386547SQ20081003214
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者廖寄喬, 王躍軍, 邰衛(wèi)平, 龔玉良 申請(qǐng)人:湖南金博復(fù)合材料科技有限公司